Carbon isotope composition of middle Eocene leaves from the Messel Pit, Germany

Abstract

A b s t r a c t The 13 C/ 12 C ratios (δ 13 C) of leaves from the middle Eocene of the Messel Pit (Middle Messel Formation) were measured to determine the ratios of leaf-internal to ambient carbon dioxide concentration (c i /c a ) for the respective time. For extant plants this parameter provides information about their ecophysiological state. Fossil leaves belonging to three species were analyzed: Laurophyllum lanigeroides (Lauraceae), Daphnogene crebrigranosa (Lauraceae) and Rhodomyrtophyllum sinuatum (Myrtaceae). In order to determine the range of δ 13 C across a single leaf (intra-leaf variability) samples from the basal, central and apical region were separately prepared and analyzed. The results are compared to δ 13 C and c i /c a ratios in extant evergreen Lauraceae (Laurus nobilis, Cinnamomum camphora, Persea americana) and Myrtaceae (Myrtus communis, Psidium littorale/cattleianum). The δ 13 C of the fossil cuticles varies from -30 ‰ to -27 ‰ in the Lauraceae and from -29 ‰ to -26 ‰ in the Myrtaceae, which are typical ranges for extant C 3 -plants. Results of intra-leaf analyses indicate that δ 13 C varies slightly across the leaves but intra-leaf variability is statistically not signifi cant. Mean Eocene c i /c a -ratios as calculated from the measured δ 13 C values varied from 0.78 to 0.87. The c i /c a -ratios of extant Lauraceae are substantially lower (average 0.69) than for the fossil material. In Myrtaceae, c i /c a -ratios are almost the same for extant and fossil material (extant Myrtaceae average at about 0.8). K e y w o r d s : middle Eocene, Messel, leaves, carbon isotopes, c i /c a -ratio. Z u s a m m e n f a s s u n g Das 13 C/ 12 C-Verhältnis (δ 13 C) von fossilen Blättern aus dem Mitteleozän der Grube Messel (Mittlere Messel Formation) wurde gemessen und daraus das Verhältnis von blattinternem zu atmosphärischem Kohlendioxid (c i /c a ) für die betreffende Zeit bestimmt. Bei heutigen Pfl anzen erlaubt diese Größe eine Einschätzung des ökophysiologi-schen Zustands. Es wurden die Blätter von drei fossilen Arten analysiert: Laurophyllum lanigeroides (Lauraceae), Daphnogene crebrigranosa (Lauraceae) und Rhodomyrtophyllum sinuatum (Myrtaceae). Um Schwankungen des δ 13 C innerhalb eines Blattes (blattinterne Variabilität) bestimmen zu können, wurden getrennte Proben aus dem basalen, dem mittleren und dem apikalen Bereich genommen und analysiert. Die Ergebnisse wurden mit dem δ 13 C und c i /c a rezenter immergrüner Lauraceae (Laurus nobilis, Cinnamomum camphora, Persea americana) und Myrtaceae (Myrtus communis, Psidium littorale/cattleianum) verglichen. Das δ 13 C der fossilen Kutikulen variiert von -30 ‰ bis -27 ‰ innerhalb der Lauraceae und von -29 ‰ bis -26 ‰ innerhalb der Myrtaceae, was im Bereich moderner C 3 -Pfl anzen liegt. Die Ergebnisse der blattinternen Analysen zeigen, dass der δ 13 C-Wert innerhalb eines Blattes variiert, diese blattinterne Variabilität statistisch jedoch nicht signifi kant ist. Das c i /c a -Verhältnis für das Mitteleozän, das mit den gemessenen δ 13 C-Werten berechnet wurde, schwankt zwischen durchschnittlich 0,78 und 0,87. Die c i /c a -Verhältnisse für rezente Lauraceae sind deutlich geringer (durchschnittlich 0,69) als die für die beiden fossilen Arten errechneten Werte. Bei den Myrtaceae unterscheiden sich die mitteleozänen und rezenten c i /c a -Verhältnisse kaum, rezente Myrtaceae liegen hier durchschnittlich bei etwa 0,8

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